半导体器件物理1(2)

当温度较高时，以 Jd为主，

E I I 0 ni2 exp G kT EG越大，则由以 Jg为主过渡到以 Jd为主的温度就越高。

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2.2.5正向导通电压在常用的正向电压和温度范围内，PN结的正向电流以扩散电流 Jd为主。这时正向电流可表示为

120

100

80

qV I AJ d AJ 0 exp kTI (mA)6 4 2 0 0.2 0.4锗

qV 1 I 0 exp kT

60

40

20

硅0 0 1 2 3 4 5 6 7 x 10 84

0.6 0.8

V(V)

一个Matlab的模拟图形。

I (mA)6 4 2 0 0.2 0.4 0.6 0.8锗硅

影响正向导通电压 VF的因素 I0= AJ0越大，VF就越小，因此， EG↑,则 I0↓,VF↑; V(V)度； NA、ND↑,则 I0↓,VF↑,主要取决于低掺杂一侧的杂质浓

由于反向饱和电流 I0的值极小，当正向电压较低时，正向电流很小，PN结似乎未导通。只有当正向电压达到一定值时，才出现明显的正向电流。将正向电流达到某规定值(例如几百微安到几毫安)时的正向电压称为正向导通电压，记作 VF。

T↑,则 I0↑,VF↓,因此 VF具有负温系数。对 VF影响最大的因素是 EG。锗 PN结的 VF约为 0.25 V,硅 PN结的 VF约为 0.7 V。

2.2.6薄基区二极管本小节的结果在第 3章中有重要用途。前面讨论少子浓度的边界条件时曾假设中性区长度远大于少子扩散长度。

薄基区二极管是指，PN结的某一个或两个中性区的长度小于少子扩散长度。

P 0

N WB

这时其扩散电流 Jd会因为少子浓度的边界条件不同而有所 P N不同。但势垒区产生复合电流 Jgr的表达式无任何变化。上图 N型区内的非平衡少子浓度边界条件为那时中性区外侧的非平衡少子浓度的边界条件是

np

x

0, pn

x

0

qV pn (0) pn0 exp kT pn (WB ) 0

1

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利用上述边界条件，求解扩散方程得到的 N区中的非平衡少子分布 pn(x)为

对于薄基区二极管，WB<< Lp,利用近似公式 sinh( u ) u, (|u|<< 1时),得

qV pn ( x) pn 0 exp 1 kT eu e u式中，sinh(u ) 2近似为

W x sinh B L p WB sinh L p

qV pn ( x) pn0 exp kT

x 1 1 WB

上式对正、反向电压都适用。类似地可得 P区中的非平衡少子分布 np(x)的表达式。薄基区二极管中的少子分布图为

上式实际上可以适用于任意 WB值。当 WB→∞时，上式

x qV pn ( x) pn 0 exp 1 exp L kT p

当 WB<< Lp时的空穴扩散电流密度为

J dp qDp

d p n dx

x 0

qD n qV exp WB N D kT

2 p i

1

第 2章第 1次习题3、4、6、7、8、20

当 WE<< Ln时的电子扩散电流密度为

J dn

qDn ni2 WE N A

qV exp kT

1

思考题：1、2、9、13、16、17、18

与厚基区二极管的扩散电流密度公式相比较，差别仅在于分别用 WB、WE来代替 Lp、Ln。